机电传动控制_直流电机的工作原理及特性PPt

1、电动机包括：直流电动 直流电动机：良好百 虽然直流电机j 易、维护方 ，交流电机的调. 在速度调节 元同简单、制造容 是由于长期以来 有得到很好的解决，正反转和启、制动频繁 转的生产机械上，仍采用卑刷杆换向器I直流电机的基本结构和工作原理7 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY直流电机的基本结构机座主蟹严31电枢绕组电枢铁心冬砲工卄冬 直流电机的基本结构和HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY直流电机的基本结构1装置等组成子（通常称作电枢） 矩和感应电动势 组、换向器、轴和风扇等1.直流电机静止部分称作定 作用一产生磁场 由主磁极、换直流电机电枢铁

2、芯圆柱形枢绕组）一通常由0 . 5 mm厚的 压而成，铁芯上有 个用处：1）作为主磁2）嵌庁绕组元件电枢统组的元欝及嵌放方袪生足够的电动势 口绝缘材料并且直流电机的基本结构和换向极换向极铁心改善换向。换向极装在两 主磁极之间，是由铁心和 绕组构成。铁心一般 块钢或钢板加工 向极绕组与电枢纟1/丈的部分称为磁轭。机座通常由铸铁（钢 有两个作用1）固定主磁2）作为磁冬砲工卄冬 直流电机的基本结构和HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY电刷装置作用-把直流电压、直流电% （电刷与换向器由电刷、刷铜丝辫组*换向磁极数一主 磁极的个数磁极对数=磁极数/2玄母板/固紧环固紧螺钉子.转

3、关于磁场的几个物理量/VW2000 6000)0磁感应强度H 磁场强度Rf 一一铁磁材料导磁系数 Mo 真空中的导磁系数 铁磁材料有磁滞 现象、磁滞损耗、1涡流损耗。关于磁场的几个物理量 3.e:1:导感应电动势方向三者互相垂v:磁场的磁感应强度Wb/m2 v:导体运动速度米/秒冬砲工卄冬 直流电机的基本结构和HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY关于磁场的几个物理量用用在导体上的电:磁场的磁感应强度Wb/m2 i：导体中的电流AF磁压降H心F = R 磁阻 Rm 磁路欧姆定律交变电动势的产生at time 直流电机作发电切机运行时，电枢受力 在磁场中旋转，电枢 线圈的两

4、根有效边每 一边在N极下是 方向，在S极 一方向。电刷静止不动，因 片上引出的电流方向不人, 间会出现极性不变的电动勻 压。（方向不变但大小2 振电动势）冬砲工卄冬 直流电机的基本结构和HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY直流电动机的工作原理要使电枢受到一个方在 于:何将流过线 即进行所谓“换.换向器的装置，换向 线圏边中电流始终是 凡能连续的旋转。可以作为电动机运行也可以作 原理在电机理论中称为可逆原理当线圈边在不同 圈中的电流方向及 向”。为此必 器配合电刷可保证 一个方向图3.5直流发电图3.6直流电动机的工作原理图Kt转矩常数（pN/2na）=9 55Ke励磁方

5、式图3.7直流发电机的结构图并励直流E：电动势；n：电枢转速；在发电机中电动E与la方的磁通；与电机结构有关的常数出电功率的电源电动势，为反电动势，它与外加电压产3 2直流T：电磁转矩NmKt :与电O: 一对磁极的 发 原动(3 2)初Ia :电枢电流A；亠 t=955Ke);为阻转矩，方向与n相反，+ T0，（TO为空载损耗转矩） 磁转矩T为拖动转矩，方向与n相 （兀为负载转矩）发电机：阻转 矩及空载扌电动机：直流发电机与直流力转矩之问的茉系巨必须与电磁转I转矩必须与机械负载 平衡。f电磁转矩暂时小于阻转 磁通不变，反电动势减小电枢电 专矩增加f电磁转矩与阻转矩平衡，屣 工大芋HEFEI

6、UNIVERSITY OF TECHNOLOGY直流发电机与直流他励直流发电机电压平衡方程式U = E /aR風(3.3)(3E = Ken图3.9他励发电机的空载特性曲线 戈特性E f (if )动势、自动调整，适应负勺转矩平衡。IaRa :电弓注意：电动电枢载的变化电量和机械量都符合1什么是额定值& 电机制造厂的一些电UfN(V)流 I fN (A)牛下的电动机效率nN功磁方式等直流发电机与直流七罗 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY直流电机的铭牌数据4直流电动机的额定功轴上输出机械功率 等于额定 再乘以电出的电功率 压和额定电流的乘积 =UNIN屣 工大芋HEF

7、EI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY例题直流发电机与直流课本P46, 3.6题： - *、已知某他励直流电动1/电流和额定转矩。直流发电机与直流例题解：I Pn = UnIIn=385A;= 47. 74Nm亠曰匕疋关系n=f(T) 转矩，它与电动 空载转矩T0To图3. 16他励电动机的机械特性T KtQI aIqURan Ke0Ken0 - An绝对硬特性08 堵转矩堵转电流（3.14 ）屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY当n=0时，（3.13 ）式为RaUKeKT _ no/ Ra I机械特性硬度机械特性图引入机械特性硬度： 0二 d

8、T/dn =(A T/A=1/斜率用。来衡量机P值越AnTn分为三类: 步电动机的性，2 TN变电动机参数的方法 变量中任有一个或一个 的机械特性即为人为机械固有机械特性：当他励电动机电压 通=On，电枢没有串联电阻 机械特性称为固有机械特性：他励直流电动机的机營冷/工大芋七HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY根据固有机械特性估算相关数据根据固有机械特性可估算以下数据：电枢电阻Ra:通I2aRa占总损耗另Pn下的铜耗。因車功率UNIN - nN UNINUnIn=(0 50.75) (1-nN)UNIN (UNIN)是额定运行条件下电,且此时Ia=INN - INRa（

9、3.16）Un / （g）/ nN求额定转矩pN = 9.55 PnCDnKtNIN = 955 KeNIN根据(0, n0) 和 (TN, nN)两点，就可 作出他励电动机:i 机械特性曲线n电动机他励直流电动机的机七/ HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY人为机械特性动机参数的方 变量中任有一个 寸得到的机械特性即 U，5 Rad)/*屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY电为:R = Ra + Rad寺性的方程式吟T = n0 - An Kt b n21.电枢端串联电阻时的人为机械特 3. 18 电2 T = n0 - KT（3.1

10、8）械特性營q/工大芋七HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY的限制，只能在低由于励磁线圈发热和丫 电动机的励磁电流和它对 于其额定值所以，任 和转速当n=0时，因为，当n = 0时， *口I = Ist = U/Ra =常 所以，T 随的候，减小， 知转速n 动机尚有剩 发生飞车现，决不允许lf=0 一般直流他励电动“失磁”保护。注意：励磁电流If减小的 当=0时，根据 趋于8。虽然实际上If=0E 磁,工0， 象。加反压和踏如负载加电压 弱励磁 反电运行时，电 矩TL =常数，外 阻均不变，问减 新的稳态值后，电枢 大于、小于还是等Ra不变，则电枢反电势E减少 后，电

11、枢反电势E E=0, 绕组电阻Ra很小，所以直接加额定电压启 突增到额定电流的十多倍！他励直流电动机的启动换向情况恶化，产(2)过大转矩丁“=人 将损坏拖动 因此在启他励直流电动机的启动在电枢电路中串联金起动电阻Rst逐步切除。他励直流电动机的启动具有一段启动电阻的降压启动a)启动快,2JwTb，此时转速不变，但电 T突然增大。此种启动方法对生产机械他励直流电动机的启动屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY多级启动因此，采取多级（分乡 动电阻。我国生产的标准控制柜是按快速启动的 原则设计的，或T）取的大 均匀的加速度，使电 善电动机的换向情况，缓和 机械的有害冲

12、击。他励直流电动机的启动流不超过额定电流的两倍，求 ?此时启动转矩为多少？启动，启动电流仍限制为额定电 ，电源电压应为多少？屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY他励直流电动机的启动例题分析4TN = 9 55PN/nNIst = UN/Ra =10Ist故RadU而启动gNIst=955耳-邸丿/珥=1.27 Nm/A转矩tN x2In = =231 Nm=UN/(他励直流电动机的启动40 V他励直流电动机的调1速，称为调速。直流他励电动机可亍法气配合方法他励直流电动机的调1他励直流电动机与异 杂，价格高，维护也不方 特的优点。然结构复 I上有其独级调速（注：

13、异步机改2.调有级调速）。；速比可达200以上（调速比等 小转速之比）。他励直流电动机的调1速度调节在一定的负载下，人为达到改变电速度变化-由于负n0” A 3- 25 述 /1翩图326速度变化xK/口Tz t欲改变电动R adK石速，可以改变电枢端电枢 电压U，或改变励磁磁通他励直流电动机的调1电气调速方法：在一定负载情况下 人为地使电机转1由转速调节他励直流电动机的调1额定J额定磁通已设计使得铁芯 变磁通一般应用在弱磁的 般可以使转速从额定(1)调压限制： 因为提高电动 耐压的限制， 比额定电压提 压的情况，到绕组绝缘 枢电压只容许 改变U应用在降 下调速。他励直流电动机的调1改变电枢电

14、路串接电阻砸的特性性变软，稳定性差; 载时调速范围不大；门无级调速困难；电阻上消耗大量电能；4启动电阻不能用来调速。 适用于起重机、卷扬机。他励直流电动机的调1Ra +Rad .屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGYURa TAn =T = n0 AnKeQ KtKe20电枢中串入电阻，使阻增大则转速下降，操作方便。 性软，稳定性差。总量损耗大，只用于小型直流电机。不变，即电机的特， 变陡（斜率变大）， 矩下，“。特性他励直流电动机的调1续平滑调速，在门“ 速;4可以靠调节电枢电压 而不用启动设备来启动 电动机。他励直流电动机的调1改变电动机主磁通小容量系统在励

15、磁电路 串接可调电阻Rf调节R 而改变If；泾大容量系统 管整流装 电。他励直流电动机的调1HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY改变电动机主磁通通常同调压调速配合使用（n以 下用调压，n0以上用调磁通的方 法）。3. 29通只能向上调，受机械本 调速设备简单，经济， 机械特性较硬，稳定， 对专门生产的调磁动机，其幅度可达34, 1240 r/min。1)不变，电动机在高速运转时其 小。法只适用于恒功率调速（如用于切削他励直流电动机的制动的工作状态(b)制动状态态：(发电状态)转矩T与转速n方向相反。他励直流电动机的制动n的方向相反，电动机 电能。（稳定和过渡状态）他励直

16、流电动机的制动电气制动包括以下三 反馈制动（或动方法， 的转矩（即制动转矩）， 使系统较快地停下。I的工作机构获得稳定的下他励直流电动机的制动反馈制动一他励直流电动机的制动:E,出1皿正日向E馈制动，bTn02; 动结束，n02 ； 动，n02Tc/*屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY反馈制动电枢电压突然下降时的反/他励直流电动机的制动反馈制动电枢电压突然下降时的反,計 图&呼电枢电 的反n Fd:.U2 v E图3.他励直流电动机的制动提升电 动状态丿In | n0 Ia = -Ia-TmTm与n反方向制动 改变Rad改变下降的nRad太大n很高不安全丿他

17、励直流电动机的制动通过调整电枢端串接的电阻， 可以改变该电机的机械特性, 从而能控制下放重物的速度他励直流电动机的制动反馈； 制动状态电动状态n n0)Ra=-丁皿=Kt0(-厶)动机变成发电机机械能变成电能向电源馈送称为反馈他励直流电动机的制动源之正端流出，T也反向，即 动状态。既反馈电能， 费制动状态。1特点：转速高于 当E U时， 具有向电源反馈 T变得与n 又有制动他励直流电动机的制动屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY反馈制动2机械特性机械特性的方程式同A3反馈制动运行实质 功率平衡方程式: 电枢将轴上输后，大部 路的铜扌 电动4反馈+Rad)+ H

18、a)率变为电磁功率EIa(UIa)，小部分变为电枢回口与电网并联运行的发电机。想空载转速情况下的位位能负载下放。转速高他励直流电动机的制动当他励直流电动机的 E中的任一个在外部 二者由方向相反变； 运行于反接制动把改变电枢 称为电源、把改变电动势 变了方向，即 ,电动机都将动称为倒他励直流电动机的制动电源反接制动E = 一U - la (Ra + RTl(b)屈/ U - Ra + Rad tKe KeK(3.23)注意：反接时u 与E相加，电流 很大，需要用 Rad限流。屣 工大芋HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY电源反接制动他励直流电动机的制动缺点：当n下降 这时若电枢还不 动。由于在反